宇宙“长征”计划：寻找“地球2.0”

宇宙“长征”计划： 　　寻找“地球2.0”

葛健

浩瀚宇宙，人类除了地球之外，还能找到第二个可以星际移民的“家园”吗？对于宇宙的想象，人类从未停止探索，二十年前，抱着这样的疑问，天文学家设计了开普勒太空望远镜，开展对宇宙的“行星普查”，希望找到和地球相似的绕着类太阳恒星周围的宜居行星，即“地球2.0”；但受限于此前的技术和对银河系其他恒星的认识，那些遥远的“地球2.0”的行星信号总是如此微弱，以至于人类未能发现它们的存在，更无法解读它们的奥秘；随着科技的进步，科学家们终于将目光再次投向遥远的太阳系外的“地球2.0”行星。

根据4月12日英国《自然》杂志网站报道指出，中国正在计划的、名为“地球2.0”的任务有望改变这种状况。

文/广州日报全媒体记者 程依伦、武威

图/广州日报全媒体记者 程依伦（除署名外）

按计划，这项名为“地球2.0”的任务将由中国科学院资助。根据项目负责人、中国科学院上海天文台葛健教授介绍，目前该团队进入了工程立项论证的第二阶段，正在完成科学卫星的概念设计和关键技术攻关；如果技术论证得以在今年6月完成并通过最终专家评审，任务小组将进入工程阶段开始建造卫星，这颗卫星将于2026年底前，随着“长征”火箭进入宇宙，开始它的漫长征途，并于2027年夏天开始科学观测，开始搜寻第一颗在类日恒星宜居区内运动的类地行星的征程。

而天文学家认为，这样一颗“地球2.0”行星将具备适合液态水（甚至生命）存在的条件。

弥补“开普勒”遗憾：

微引力透镜望远镜有望“巡天”

迄今为止，科学家已经在银河系中发现了5000多颗系外行星，其中大部分由美国国家航空航天局（NASA）的开普勒空间望远镜发现。

开普勒卫星打开了观察宇宙的大窗口，这颗于2009年发射升空的望远镜，在运行的短短四年内就“单枪匹马”地发现了近三千颗系外行星，大大颠覆了人类对于系外行星世界的认知。开普勒计划的核心目标是发现绕着类日恒星运行的宜居类地行星，遗憾的是，在开普勒望远镜发现的系外行星中，只有一些是围绕小型红矮星运转的类地岩石天体，但没有一颗绕类日恒星的“地球2.0”。

不过开普勒的失败也给了“后来者”两个经验：第一，恒星不“恒”。恒星表面大气复杂多变，使得其亮度不稳定，以至于开普勒捕捉到的信号也存在闪烁不定的情况；第二，探测时间。开普勒在运行四年之后，曾出现两个反作用轮连续失灵的问题，无法再继续观测同一个天区的恒星目标并希望以此发现极其微弱的“地球2.0”的信号。在运行9年后，开普勒太空望远镜于2018年耗尽燃料不再继续观测，最终成了游荡在太阳系的“孤胆英雄”。

美国加州理工学院NASA系外行星科学研究所天体物理学家杰西·克里斯蒂安森表示，在目前的技术和望远镜条件下，很难探测到类地小行星的信号。中国在寻找系外类地行星方面虽处于起步阶段，也一直不曾停止探索，并取得了一定的成绩：如由南大谢基伟教授牵头，使用我国LAMOST望远镜对开普勒的行星“候选者”的光谱研究发现热海王星的新种群的原创工作；由清华大学毛淑德教授牵头，利用和韩国的KMTNet团队合作，发现了几颗质量最小的冷行星和流浪行星；上海天文台的青年引进人才邓洪平和李亚平博士，在类地行星的行星形成理论方面也做出一些原创的工作等。

“地球2.0”计划，是中国空间科学又一次的大胆的系外行星搜寻的尝试。该项目是中科院战略先导支持的空间科学卫星的背景型研究，目标是发射一个到日-地拉格朗日L2点处的、由6台凌星望远镜和1台微引力透镜望远镜载荷的科学卫星。根据葛健介绍，这颗卫星上安装的6台凌星望远镜将在接下来的4年开展凌星行星巡天，希望能发现约5000颗类地行星，其中包括10多颗和地球相似的“地球2.0”行星，即绕着类太阳宜居轨道上地球大小（0.8~1.25地球半径）的行星；另1台微引力透镜望远镜将同时开展微引力透镜巡天，希望能发现上千颗冷行星和流浪行星。

而与开普勒等单个大型望远镜相比，同时使用多个小型望远镜可为科学家提供更广阔的视野。“6个望远镜叠加，可以获得开普勒望远镜5倍的视场，再用非常低噪声的仪器，获得超过开普勒2到3倍的观测深度，我们的探测器的搜寻能力将是开普勒任务的10到15倍。”

而微引力透镜望远镜，则用于探测流浪行星（不围绕任何恒星运行的自由漫游天体）以及远离其恒星的在和木星、土星以及海王星相似轨道上的冷的系外行星。葛健表示，该望远镜将瞄准银河系的中心，那里存在大量恒星，便于发现由这些冷行星或流浪行星产生的微引力透镜事件。如果发射成功，这将是第一台在太空运行的微引力透镜望远镜。他说：“我们的卫星基本上可以确定不同大小、质量和年龄的系外行星，为未来的系外行星研究提供丰富的数据。”

寻找另一颗地球：

“星际旅行依旧可能实现”

用什么去寻找真正的“地球2.0” ？据葛健介绍，目前在观测技术中，科学家们最主要的是采用空间凌星方法和地面的视向速度法。筛选类地行星的过程大致分为以下几个步骤：“首先是通过凌星观测，发现大小和轨道满足类地行星的‘候选者’，尤其是‘地球2.0’的候选者；然后进行后续观测，尤其是视向速度观测，来帮助确定质量。有了大小和质量，就可以确定它的密度；有了密度就基本可以确定是否为与地球相似的岩质行星。如是岩质行星，再对其中绕着较亮的恒星的主星进行光谱观测，希望能探测到它的大气成分，正如大气中有水，氧气、二氧化碳等分子成分；如果存在，那么这一颗行星多半和地球一样适合生命的生存和繁衍。”

但受限于技术，只有空间凌星法已实现可以探测到“地球2.0”的测量精度，而地面的视向速度的精度还差3~5倍才可以发现第二颗地球。因此在目前发现的宜居行星中，科学家们发现的都是绕着小质量的红矮星附近类地行星，由于这些行星离它们的主星太近（大约日地距离的1/10左右），这些行星都像月亮那样处于潮汐锁定状态：其中一面永远朝着主星，气候炎热干燥；另一面背着主星，气候严寒潮湿。更重要的是这些红矮星表面还会喷射比太阳更强烈100~1000倍的火焰，很可能把表面烧焦，让生命无法产生。

而一颗理想的、真正的“地球2.0”，将是一颗与地球的大小、质量相当的行星，且它与我们的恒星有着类似的日地距离，“同时宜居行星的世界和我们太阳系相似，有可能也有尘埃，有能产生尘埃的小行星和彗星等成分以及它们的活动现象。”今年一月份，由葛健带领的团队在三颗潜在的宜居行星系统中发现了由行星际尘埃产生的热辐射，这些行星分别是由开普勒太空望远镜探测发现的Kepler-69c、Kepler-1229b和Kepler-395c，都是超级地球，比类地行星的大小和质量要大，大约离我们1000 光年左右。未来，“地球2.0”计划将有希望发现太阳系外的可居住的类地行星。

“虽然很遥远，但未来的星际旅行依旧是可能实现的。”葛健畅想。而在寻求另一颗地球的路上，葛健还表示，他计划在收集数据后一两年内向外公布，“目前，‘地球2.0’团队已有大约300名科学家和工程师，其中大部分来自中国，但我们仍然希望有更多天文学家加入，通过开展国际合作，共同寻找‘地球2.0’。”

(广州日报)